DE3225420A1

DE3225420A1 - Dichtungsanordnung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3225420A1
Application number: DE19823225420
Authority: DE
Inventors: Robert S. 60056 Mount Prospect Ill. Pearlstein
Original assignee: Felt Products Mfg Co 60076 Skokie Ill; Felt Products Mfg Co LLC
Current assignee: Fel Pro Inc
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1982-07-07
Publication date: 1983-02-03
Also published as: SE8204206L; GB2101239A; FR2509414A1; FR2509414B1; JPS5817258A; MX154072A; SE450730B; SE8204206D0; GB2101239B; JPH041232B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß Patentanspruch 7.

§ Laminierte Zylinderkopfdichtungen mit einem mittleren metallischen Kern und einer oder zwei Außenschichten mit Dichtungsmustern/ die auf den Außenschichten aufgebracht sind, gewinnen bei der Abdichtung von inneren Verbrennungskraftmaschinen zunehmend an Bedeutung. Meistens werden die jQ Dichtungsmuster nach Art des Siebdruckverfahrens aufgebracht.

Aus einer Anzahl von Gründen müssen auf die Außenschichten gewöhnlich zusätzlich zu den Dichtungsmustern Beschichtungen oder Abdeckungen aufgebracht werden, damit die Dichtung ge-

j5 genüber Reibungsverschleiß, Abrieb, Verrückungen oder Zerstörungen des Dichtungsmusters widerstandsfähig ist. Da es vielfach schwierig ist, das Dichtungsmuster an vorbehandelte Außenschichten anzuheften, d.h. Oberflächenbehandlungen vorzunehmen, die für die Außenschicht vorteilhaft sein können, aber die Aushärtung oder Vulkanisierung oder das Anhaften erschweren, ist es vielfach notwendig, die Dichtungsmuster auf die Außenschicht der Dichtung aufzubringen und anschließend eine Beschichtung auf die Außenschicht der Dichtung aufzubringen oder die Außenschicht der Dichtung einer Qb.exfiäöhenbehandlung zu unterziehen, manchmal sogar ohne Beschichtung des Dichtungsmusters. Dies ist erheblich schwieriger und kostspieliger und manchmal weniger wirksam als wenn die Beschichtung, Oberflächenbehandlung oder anderweitige Behandlung als erstes angewandt würde und das Dichtungmuster erst anschließend aufgebracht wird.

Eine Dichtungseinrichtung gemäß der Erfindung kann aus einer Zylinderkopfdichtung für eine innere Verbrennungskraftmaschine bestehen und zwischen dem Zylinderkopf und dem Motorblock angeordnet werden, wobei sie mindestens eine Verbrennungsöffnung und mehrere Durchbrechungen, wie für Öl und Wasser, aufweist» Die Dichtungseinrichtung

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besteht aus einem dehnbaren metallischen Kern und einer j

dehnbaren,im wesentlichen sich über die gleiche Fläche
ausdehnenden Außenschicht, die an der Außenseite des '

Metallkerns befestigt ist, vorzugsweise an jeder dehn- :

baren Seite des Metallkerns. Ein verformbares Dichtungsmuster ist ebenfalls vorgesehen. Das Muster kann aus
einem oder mehreren, der Oberfläche des Metallkerns gegenüberliegenden Wulsten bestehen und liegt zwischen der
Kernfläche und der Außenschicht, so daß der Kern und die Außenschicht die Wulste umschließen. Das Dichtungsmuster umgibt in wünschenswerter Weise mindestens eine der
Öffnungen und der Durchbrechungen zur Verstärkung.der
Dichtungswirkung der Dichtungseinrichtung im Bereich der Wulste des Dichtungsmusters.

Wenn eine derartige Zylinderkopfdichtung zwischen einem
Zylinderkopf und einem Motorblock unter Druck gesetzt
wird, wird das Dichtungsmuster gegenüber einer unmittelbaren Berührung mit dem Zylinderkopf und dem Motorblock, und damit gegenüber Verschleiß, Hitze und Fließpressen
geschützt.

Vorzugsweise weist das Dichtungsmuster elastomere Eigenschaften auf und umgibt die Verbrennungsoffnungen sowie
eine oder mehrere der Durchbrechungen..

Es ist höchst erwünscht, daß das Dichtungsmuster an dem

Kern angeheftet wird, wobei die Aüßenschicht an dem Kern durch Klebstoff -unter Druck in einer Zone angeheftet wird, die das Dichtungsmuster und den Wulst dicht umgibt. ; Dies schränkt eine seitliche Bewegung des Dichtungsmusjte^rl^v;

ein und verstärkt das Dichtungsmuster, wenn die Dichtungs- * einrichtung unter Druck gesetzt wird. Außerdem presst es

die Außenschicht zusammen und verdichtet sie Λ " ; 35

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch veranschaulicht. Es zeigen:

Fig.. 1 eine Dichtungseinrichtung gemäß der Erfindung

in einer Draufsicht,

Fig, 2 einen weggebrochenen Querschnitt eines Dieselmotors unter Verwendung der Dichtungseinb

richtung gemäß Fig. 1

Fig. 3 den Kern der Dichtungseinrichtung gemäß Fig. .1 in einer weggebrochenen Draufsicht, mit einem darauf aufgebrachten Dichtungsmuster,

Fig. 4 die Dichtungseinrichtung gemäß Fig,1 in

einer weggebrochenen Draufsicht, ähnlich Fig. 3,

Fig. 5 einen vergrößerten Querschnitt etwa gemäß

Linie 5—5 iri Fig. 4 , und .

Fig. 6 eine vergrößerte, weggebrochene Ansicht eines Teils der Fig« 5 nai
gemäß der Erfindung.

_on Teils der Fig« 5 nach einer Vorkompression

In der Zeichnung ist ein Dieselmotor 1 mit einem Zylinderkopf 2 und einem Motorblock 3 veranschaulicht, wobei eine Dichtungseinrichtung 1.0 verwendet wird, die zur Verwendung in dem Dieselmotor speziell gestaltet und konstruiert ist. Der Motorblock 3 umfaßt eine Laufbuchsenbohrung 4, eine Zylinderbuchse 5 und einen Kolben 6. Der Motor T weist mehrere Laufbuchsenbohrungen 4 auf, von denen jedoch In Figur .2 nur eine gezeigt ist.

Die Dichtungseinrichtung 10 besteht aus einem Laminat, und es ist ersichtlich, daß sie sich aus einem im allgemeinen flachen, massiven, dehnfähigen Metallkern 14 und einem Paar von im allgemeinen flachen, dehnbaren Außenschichten T6 zusammensetzt.. Der Metallkern T4 weist obere

und untere flache oder planare Seiten, wie die Oberflächen 1:8 auf, die mit den Außenschichten 16 beschichtet werden. Der Kern kann auch geprägt oder gestanzt sein^ oder es kann seine Oberfläche an gewünschten Stellen in anderer Weise, z.B. durch Ätz:en, verändert sein«

Die Außenschichten 16 werden von einem zusammengesetzten kompressiblen Dichtungsmaterial gebildet und können faserverstärkt sein. Sie können mechanisch oder adhäsiv mit den Oberflächen 18 laminiert sein, wie z.B_r durch einen geeigneten hitzeaktivierten Kleber. Geeignete hitzeaktxvierbare Kleber sind Phenol-Nitril-Kautschuk und Polybutyral-Kautschuk, die erwünschtermaßen zunächst auf die Oberflächen der Außenschichten aufgebracht werden.

Die Außenschichten können Asbest, Glasfasern oder andere geeignete Fasermaterialien enthalten, wobei Nitril-Polychloropren— oder Polyacryl—Elastomere als Bindemittel verwendet werden können. Vielfach beträgt der Anteil des Bindemittels an der Außenschicht etwa 15 bis zu etwa 25 %, gleichgültig, ob Asbestfasern oder ob andere organische oder anorganische Fasern, Füllstoffe oder dergleichen verwendet werden.. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzen die Außenschichten 16 eine Dicke von etwa 0,635 mm, obwohl diese natürlich in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck variieren kann. Die Außenschichten 16 sind im allgemeinen gegenüber einer Zersetzung durch öle und Kühlmittel widerstandsfähig, wirken Drehkräften entgegen, vermindern das Fließpressen auf ein Minimum und sind gegenüber Hitze widerstandsfähig.

Die Dichtungseinrichtung 1.0 wird z.ur Bildung von Verbrennungsöffnungen 20 und Durchbrechungen, wie z.B. der Bolzen' löcher 22, und mehreren öl— und Wasserdurchgängen 24 ausgestanzt. Der Kern kann aus Kaltwalzstahl bestehen, wobei seine Dicke in Abhängigkeit von dem Verwendunqszweck variieren kann. Dicken von etwa 0,1524 mm bis etwa 1,27 mm sind als typisch anzusehen,. Um die Haftung zu verbessern, können die Kernflächen 18 phosphatisiert werden.

Bei der dargestellten Ausfuhrungsform ist der Kern 10 mit einer Prägung 21 versehen, die die Verbrennungsöffnung 20 umgibt. Die Dichtungseinrichtung TO kann dann mit einer ringförmigen Armierung 25 versehen werden, die um die Prägung herum in bekannter Weise befestigt wird, um die Abdichtung der Verbrennungsöffnung zu verbessern.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das gewünschte Dichtungsmuster 26 auf einer oder auf beiden Oberflächen des Kerns angeordnet und befestigt * Das Dichtungsmuster 26 kann aus einer Reihe von Dichtungswulsten 28,30 be— stehen, die in jenen Bereichen vorgesehen sind, in denen erhöhte oder verstärkte Dichtungskräfte bei der Verwendungsart gewünscht werden, für die die Dichtungseinrichtung 10 benutzt werden soll. Typischerweise sind die Wulste 28 im wesentlichen so ausgebildet, daß sie die Verbrennungsöffnung umgeben, während die Wulste 30 im wesentlichen die Wasser- und öldurchgänge zwischen dem zugehörigen Zylinderkopf und Motorblock umgeben. Unter Umständen ist aufgrund der Gestalt des Zylinderkopfes und Motorblocks sowie der Lage der Bolzenlöcher oder aus anderen konstruktiven Gründen eine vollständige Kreisform oder ein die öffnungen oder Durchbrechungen vollständig umgebender Wulst nicht erforderlich, wie Figur 1 und 3 zeigen.

Bei der dargestellten Ausführungsform kann das die Wulste 28 und 30 bildende Dichtungsmuster 26 aus einem Silicon-Dichtungsmittel bestehen, das vorzugsweise in einem Siebdruckverfahren aufgebracht wird, wie es in typischer Weise in der US-PS 3 477 867 beschrieben ist, wobei der höchste Punkt des Wulstes eine Höhe von etwa 0,1524 mm bis etwa 0,2032 mm aufweist. Das Silicon kann aus einem hitzehärtbaren,, flüssigen Zwei-Komponenten-Silicon bestehen. Wenn die Dichtungswulste auf den in bezug auf die Abmessungen stabilen, stark haftfähigen Kern aufgebracht und angeklebt werden, können sie von Dichtung zu Dichtung

mit hoher Genauigkeit und Konstanz an der vorgesehenen Stelle angebracht werden.

Nachdem, das Dichtungsmuster auf den Flächen 1.8 des Kerns 14 aufgebracht und in bekannter Weise ausgehärtet ist, werden die zusammendrückbaren Außenschichten 16 so positioniert, daß sie den Kern überdecken, wobei der Kern mit dem Dichtungsmuster z.B. durch eine übliche, dazwischen liegende Klebschicht mit dem Dichtungsmuster beschichtet wird. Durch den Kleber haftet die Außenschicht fest an dem Kern, und wenn der Kern und die Schichten unter Druck laminiert werden, wird die Außenschicht in der Zone des Dichtungsmusters zusammengepresst und verdichtet.. Wenn der Kern phosphatesiert oder in anderer geigneter Weise zur Erhöhung der Bindung behandelt wird, werden die Außenschichten 16 sofort und fest an den Oberflächen des Kerns festhaften und können oder können nicht in Abhängigkeit von dem Dichtungsmittel für das Dichtungsmuster 26 an den Wulsten 28 und 30 festhaften.. In jedem Fall um— schließen und umgeben die Außenschichten und der Metall— kern die Dichtungswulste»

Erwünscht ist die Befestigung der Außenschicht an der Kernoberfläche T8 in einer Zone Z, die die Wulste in geringem Abstand umgibt, um dadurch den Wulst zu begrenzen oder einzuschließen und eine wesentliche Bewegung des Dichtungsmusters und der Wulste in seitlicher Richtung zu verhindern, wenn die Dichtungseinrichtung unter Druck gesetzt wird. Die umhüllung der Wulste ist mit einer An- .

zahl von Vorteilen verbunden.. Zu diesen gehört, daß die Bewegung oder das Fließpressen des Wulstes, wenn dieser elastomere Eigenschaften aufweist, eingeschränkt wird, so daß in Folge dessen die Widerstandsfähigkeit des Wulstes erhöht wird. Wenn die Außenschicht und der Kern den Wulst in sehr geringem Abstand umgeben, wird nicht nur das Fließpressen (extrusion) eingeschränkt, sondern es neigen die elastomeren Wulste auch zur Bildung einer etwas stei —

-ιοί leren Durchbiegungskurve als sie von denselben Wulsten gebildet würde, falls sie in üblicher Weise auf der Oberfläche der Außenschicht angebracht wären.In Folge dessen ist unter Kompression eine Neigung zu einer Beschränkung der Wulstkompression bis auf eine gewisse Einbettung in die untere» innere Fläche der Außenschicht, jedoch ohne jedes Fließpressen.festzustellen, so daß ein Wulst und die darüberliegende Außenschicht als eine Dichtung unter größeren Drucklasten und effektiver wirksam sein kann als es bisher möglich war.

Wenn Dichtungen benutzt werden, auf deren Oberflächen Dichtungsmuster angebracht sind, ist es notwendig, zunächst das Dichtungsmuster in die Außenschicht im wesentlichen vollständig einzubetten, bevor irgendeine Belastung auf andere Bereiche der Dichtung aufgebracht wird. Indessen kann die Lastaufbrin^ung bei der Dichtung gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von der Vorkoitrpression in den Zonen der eingeschlossenen Wulste in den Zonen außerhalb der Wulstzonen im wesentlichen sofort stattfinden. Wenn das Wulstmuster .· im wesentlichen nicht zusammenpreßbar ist, wie dies z.B» bei Elastomeren wie Siliconen und anderen Kautschuken der Fall ist, und wenn die Dichtung in den Ttfulst- oder Dichtungsmusterzonen entweder während des Betriebs oder während des Herstellungsprozesses zusammengepresst wird, wird die das Dichtungsmuster überdeckende Außenschicht verdichtet und neigt bis zu dem Ausmaß/indem es etwas porös war, dazu, sogar noch undurchlässiger gegenüber dem Durchtritt von Flüssigkeiten zu werden. In Folge dessen besitzt das die Außenschicht bildende Material in dieser Zone erhöhte Dichtungs eigenschaften und physikalische Eigenschaften, die sich von denjenigen in den Bereichen unterscheiden, die sich unmittelbar an die Wulst- und Dichtungsmusterzonen anschließen.

In Fig. 5 ist die Dichtung in einem Zustand dargestellt, in dem sie sich vor der Zusammenpressung der Dichtungs-

muster-- und. Wulstz.on.en, befindet, Indessen wird während der Herstellung die Dichtung bevorzugt in jenen Zonen derart zusammengepresst, daß die Außenschichten verdichtet werden, wie es Fig. 6 zeigt. Dort ist der Siliconwulst 28 gezeigt, der in die Außenschicht 16 eingebettet wurde, wobei die Außenschicht in der Zone des Wulstes zu— sammengepresst wurde» Die Höhe Y des Wulstes, die in Fig. 5 im wesentlichen gleich der Projektion der Außenschicht in der Zone des Wulstes war, wurde gemäß Fig. 6 im wesentlichen auf die Höhe X verringert. Es ist erwünscht, das Verhältnis der Höhen X zu Y nicht größer a3,s etwa T:2 einzustellen, d.h., auf etwa die Hälfte, und vorzugsweise auf weniger als die Hälfte. Die Oberfläche der Dichtungseinrichtung ist als solche beinahe eher flach als eine solche Oberfläche, bei der der Wulst sich auf der Oberfläche befindet, wobei die Dichtungseigenschaften der Dichtung über ihre gesamte Fläche verbessert werden.

Ein weiterer Vorteil der Dichtungseinrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Wulst nicht nur gegenüber Fließpressen, sondern auch gegenüber der Veränderung von Oberflächeneigenschaften geschützt wird. Derartige Eigenschaften umfassen das Brechen oder Beschädigen der Wulste während des Transportes, ihrer; Behandlung und Anbringung ebenso wie die Neigung zum Durchbrechen oder, zur Unbra'uchbarmachung des .Wulstes beim Betriebseinsatz im Motor. Ein solches Durchbrechen kann auftreten aufgrund rauher, aneinanderliegender,·. abzudichtender Oberflächen, wobei die Neigung zum Splittern oder Brechen des Wulstes aufgrund der rauhen Oberfläche hoch ist.. Weiterhin ist es bekannt, daß übermäßige Hitze elastomere Dichtungswulste ungünstig beeinflußt. Durch das beschriebene Einschließen

, derselben wird das Dichtungsmuster gegenüber den ungünstigen Hitzeeinflüssen viel mehr geschützt als wenn das Muster sich an der Oberfläche der Dichtungseinrichtung .befindet. Außerdem tritt in gewissen Fällen eine Reibungskorrosion

der Wulste auf. Obwohl die Außenschichten so behandelt

werden können» daß sie gegenüber einer Reibungskorrosion widerstandsfähig sind, ist es sehr schwierig, Dichtungswulste, z.B. Siliconwulste, mit Materialien, die gegen-5

über Reibung widerstandsfähig sind, zu behandeln, und zwar teilweise wegen der Haftungsschwierigkeiten einer geeigneten Schutzschicht an den Wulsten. Wie bereits erwähnt wurde, ist es, wenn das Dichtungsmuster sich nicht

auf der Oberfläche befindet, außerdem, leicht und billig 10

möglich, gegen Reibungskorrosion widerstandsfähige Beschichtungen oder andere Oberflächenbehandlungen auf der gesamten Oberfläche einer Außenschicht ohne eine Kompen⁴-sation für derartige Behandlungen oder die Verwendung

zusätzlicher Verfahrensschritte bei der Herstellung der 15

Dichtungseinrichtung durchzuführen. Darüber hinaus wird es durch das Aufbringen des Dichtungsmusters auf den Kern und nicht auf die Außenschichten unnötig, die Außenschichten mit speziellen Grenzschichtmaterialien vorzubeschichten, um das Aushärten der Wulstmaterialien, wie z.B. Siliconen, zu erleichtern, bei denen es sich um spezielle Materialien handelt, die heute vielfach wegen der Neigung des Materials für die Außenschicht selbst notwendig sind, der Aushärtung entgegen zu wirken.. Die Dichtungen gemäß der Erfindung wirken auch einem Ver-» ziehen des Zylinderkopfes entgegen.

Obwohl als Material für das Dichtungsmuster und die Wulste ein Siliconelastomer genannt wurde, können andere

QQ Elastomere und elastische Materialien in gleicher Weise verwendet werden, wobei diese Nitrilkautschuk (Polybuta— diennitrilkautschuk) oder Polychloroprenkautschuke, Epoxide, wie biegsame und mit Kautschuk modifizierte Epoxide oder Kombinationen von diesen, umfassen können.

ge Ferner ist es wegen der Tatsache, daß der Wulst und die Außenschicht bei der Übertragung der Dichtungskräfte

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in den Zonen des Wulstes zusammenwirken, möglich, die Verwendung von etwas festeren Materialien in Betracht zu ziehen, die nicht notwendigerweise elastomere Eigenschaften aufweisen, um die Abdichtung an einigen oder allen Stellen zu bewirken, an denen die Abdichtung unter Mitwirkung der Wulste stattfinden soll. Durch die Neigung zur Einbettung des Dichtungswulstes in der Außenschicht kann die Dichtungseigenschaft der Oberflächen der Außenschicht gegenüber dem Zylinderkopf und dem Motorblock in IQ einer Weise verbessert werden, als wenn die Wulste an den Außenflächen nicht vorhanden wären, wie es jetzt üblich ist.

Bei der beschriebenen Ausfuhrungsform sind das Dichtungsmuster und die Wulste sowie die Außenschichten an den Kern gebunden. In Abhängigkeit von den verwendeten Materialien kann es auch erwünscht sein, die Wulste schon während des Beschichtungsverfahrens an die Außenschicht zu binden*

Leerseite

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3225A20

3. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e -r kennzeichnet , daß das Dichtungsmuster (26) aus einem elastomeren Material besteht, das unter Druck verformbar ist, wobei die Außenschicht (16) die Verformung des Dichtungsmusters (26) einschränkt.

4. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, zur Anordnung zwischen dem Zylinderkopf und dem Motorblock (3) einer inneren Verbrennungskraftmaschine (T), g e k e η η ~ zeichnet durch mindestens eine Verbrennungs— öffnung (20) und eine Mehrzahl von Durchbrechungen, wobei das Dichtungsmuster (26) verformbar ist und mindestens eine der öffnungen (20) und der Durchbrechungen zur Erhöhung der Dichtungswirkung der Dichtungseinrichtung im Bereich des Dichtungsmusters (26) umgibt.

5. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e— kennzeichnet , daß das Dichtungsmuster (26) elastomere Eigenschaften hat und eine Verbrennungsöffnung (20) sowie mindestens eine der Durchbrechungen umgibt.

6. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeic h η e t , daß das Dichtungsmuster (26) an dem Ifetallkern (14) an haftet und die'Außenschicht (16) an dem Metallkern (14) in einem Bereich anhaftet, der das Dichtungsmuster (26) dicht umgibt, so daß eine wesentliche seitliche Bewegung des Dichtungsmusters (26) verhindert wird, wenn die Dichtungseinrichtung unter Druck steht.

7. Verfahren zum Herstellen einer Dichtungseinrichtung zum Anordnen zwischen einem Paar abzudichtender Oberflächen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet, durch

die Anordnung eines Dichtungsmusters auf der Oberfläche eines Metallkerns,

das Positionieren einer zusammendrückbaren Außenschicht auf dem Metallkern und dem Dichtungsmuster, so daß das Dichtungsmuster zwischen dem Metallkem und der Äußenschicht eingehüllt wird, wobei die Dichtungsanordnung mindestens eine Öffnung aufweist, um die herum das Dichtungsmuster angeordnet wird, das Anheften der Außenschicht an dem Metallkern unter Druck, so daß die Außenschicht in dem Bereich des Dichtungsmusters zusammengepresst und verdichtet wird, wodurch bei Benutzung das Dichtungsmuster der Dichtung vor einem unmittelbaren Kontakt mit den abzudichtenden Oberflächen geschützt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η -»

zeichnet, daß die Außenschicht an dem Metallkern in einem Bereich angeheftet wird, der das Dichtungsmuster dicht umgibt, um eine wesentliche seitliche Bewegung des Dichtungsmusters zu verhindern, wenn die Dichtungseinrichtung unter Druck gesetzt wird, und dadurch die Zusammenpressung der Außenschicht zu steuern, wenn sie unter Druck zusammengepresst wird,

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η -> zeichnet, daß die Außenschicht während des An* heftens unter Druck zusammengepresst wird, so daß die Höhe der Projektion der Außenschicht über dem Dichtungsrauster nicht größer als etwa die Hälfte der Höhe des Dichtungsmusters ist.